دانشمندان سریع ترین تصاویر جهان از اتم ها را ثبت کردند
ایزو وب: دانشمندان دانشگاه «آریزونا» سریع ترین میکروسکوپ الکترونی جهان را ساخته اند که می تواند حرکت الکترون ها را با سرعت های بی سابقه ای ثبت کند.
به گزارش ایزو وب به نقل از ایسنا، این روش تعجب آور جدید که «اتومیکروسکوپ»(attomicroscopy) نامیده می شود، به پژوهشگران اجازه می دهد تا رفتار الکترون ها را در مقیاس های زمانی اندازه گیری شده در اتوثانیه ببینند. اتوثانیه واحدی از زمان است که به قدری کوتاه است که در یک ثانیه، تعدادی اتوثانیه وجود دارد. این واحد زمانی معادل ۱۸-۱۰ ثانیه است.
به نقل از اس اف، این پیشرفت که در مجله Science Advances انتشار یافته است، نشان دهنده جهش قابل توجهی در توانایی ما برای مطالعه و درک رفتار اساسی ماده در مقیاس اتمی است. نتایج این پیشرفت بسیار فراتر از قلمرو علم محض است و بطور بالقوه زمینه های مختلفی از علم مواد گرفته تا محاسبات کوانتومی را متحول می کند.
در قلب این نوآوری یک میکروسکوپ الکترونی عبوری اصلاح شده(TEM) است که از پالس های لیزری فوق سریع برای دستکاری الکترون ها استفاده می نماید. با کنترل دقیق این پالس های لیزری، پژوهشگران توانستند فوران های بسیار کوتاهی از الکترون ها ایجاد کنند که تنها کسری از فمتوثانیه طول می کشد.
محمد حسن، محقق ارشد، دانشیار فیزیک و علوم نوری در دانشگاه آریزونا، در اطلاعیه ای می گوید: با این میکروسکوپ، ما امیدواریم که جامعه علمی بتواند فیزیک کوانتومی را که در پس رفتار یک الکترون و نحوه حرکت یک الکترون است، درک کند.
این گروه برای نشان دادن قابلیت های روش جدید خود، از اتومیکروسکوپ برای مطالعه رفتار الکترون ها در گرافن، ماده ای متشکل از یک لایه واحد از اتم های کربن که در یک الگوی لانه زنبوری قرار گرفته اند، استفاده کردند. گرافن در سالهای اخیر به سبب خواص الکتریکی و مکانیکی منحصر به فرد خود توجه زیادی را به خود جلب کرده است و آنرا به موضوعی ایده آل برای این تحقیقات پیشگامانه تبدیل نموده است.
آزمایش ها نشان داد که وقتی الکترون های گرافن در معرض پالس های لیزری شدید قرار می گیرند، رفتارهایی دارند که قبل از این مشاهده مستقیم آن نا ممکن بود. پژوهشگران توانستند حرکت این الکترون ها را هنگام پاسخ به میدان الکتریکی لیزر، که میان حالت های انرژی مختلف و در سراسر ساختار ماده حرکت می کنند، ردیابی کنند.
یکی از قابل توجه ترین یافته ها مشاهده این بود که الکترون های گرافن با چه سرعتی می توانند به محرک های خارجی پاسخ دهند. این مطالعه نشان داد که این الکترون ها می توانند در کمتر از یک فمتوثانیه به تغییرات میدان لیزر واکنش نشان دهند و این پتانسیل دستگاه های الکترونیکی فوق سریع را نشان میدهد که می توانند با سرعتی بسیار فراتر از آن چه هم اکنون ممکنست کار کنند.
این سطح از جزییات در مشاهده رفتار الکترون قبل از این به دست نیامده بود و راه های جدیدی را برای درک و کنترل بالقوه جهان کوانتومی باز می کند. توانایی تماشای حرکت الکترون ها در لحظه می تواند منجر به پیشرفت هایی در حوزه هایی مانند تبدیل انرژی خورشیدی شود، جایی که درک رفتار دقیق الکترون ها برای بهبود کارآیی بسیار اهمیت دارد.
توسعه اتومیکروسکوپ به خودی خود یک موفقیت فنی قابل توجه است. پژوهشگران برای ایجاد و کنترل پالس های الکترونی در چنین بازه های زمانی کوتاهی مجبور بودند بر چالش های مختلفی غلبه کنند.
حسن و همکارانش کار خودرا برمبنای دستاوردهای برنده جایزه نوبل پیر آگوستینی(Pierre Agostini)، فرنس کراوس(Ferenc Krausz) و آن لوهیلیر(Anne L’Huilliere)، که در سال ۲۰۲۳ بعد از تولید نخستین پالس تابش فرابنفش شدید که می توان آنرا در اتوثانیه اندازه گیری نمود، برنده جایزه نوبل فیزیک شد، انجام دادند.
در صورتیکه این مطالعه نشان دهنده یک گام مهم رو به جلو است، مهمست که توجه داشته باشیم که حوزه علم اتوثانیه هنوز در مراحل ابتدایی خود است. مانند هر روش علمی جدید، پیش از این که اتومیکروسکوپ به یک ابزار پرکاربرد تبدیل گردد، اصلاح و اعتبار سنجی بیشتر ضرورت دارد. با این وجود، کاربردهای بالقوه آن بسیار گسترده است، و این پیشرفت، فرصت های هیجان انگیز جدیدی را برای کاوش در دنیای کوانتومی با جزییات بی سابقه ممکن می کند.
این مطلب را می پسندید؟
(1)
(0)
تازه ترین مطالب مرتبط
نظرات بینندگان در مورد این مطلب